jueves, 16 de septiembre de 2010

Resonancia, Infrasónico, Ultrasónico

Resonancia

Es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al recibir las frecuencias del otro. Para entender el fenómeno de la resonancia existe un ejemplo muy sencillo, Supóngase que se tiene un tubo con agua y muy cerca de él (sin éstos en contacto) tenemos un diapasón, si golpeamos el diapasón con un metal, mientras echan agua en el tubo, cuando el agua alcance determinada altura el sonido será más fuerte; esto se debe a que la columna de agua contenida en el tubo se pone a vibrar con la misma frecuencia que la que tiene el diapasón, lo que evidencia por qué las frecuencias se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del sonido. Un ejemplo es el efecto de afinar las cuerdas de la guitarra, puesto que al afinar, lo que se hace es igualar las frecuencias, es decir poner en resonancia el sonido de las cuerdas.

Aqui les presentamos un interesante experimento en el que se realizan efectos visuales con arroz sobre una plancha que es sometida a diferentes frecuencias sonoras.


video

 

Infrasónico:

El sonido infrasónico es el sonido que esta por debajo de la capacidad auditiva del hombre, técnicamente 20Hz, aunque la gran mayoría de adultos será difícil que escuchen por debajo de 40Hz.

Sin embargo cuando el sonido infrasónico, tiene una amplitud lo suficientemente grande, lo podremos notar, ya que sentiríamos como si nos agitasen. Si alguna vez alguien ha visto el despegue de una nave espacial, te dirá que toda la tierra vibra, eso es sonido infrasónico.

El sonido infrasónico es una onda de sonido muy larga, esta onda puede pasar a través de bosques, edificios e incluso montañas. Por ejemplo si nos quedamos con el ejemplo del despegue de una nave espacial, estas crean al despegar una onda de sonido muy, muy baja de aproximadamente 0.02Hz, y tarda alrededor de 20 minutos en llegar desde Kennedy, Florida hasta la base aérea de Longley, Virginia. Pues bien, esta señal ira viajando alrededor de la tierra hasta que se disipa debido a la atenuación. Animales que producen este tipo de sonido incluyen: elefantes, ballenas, caimanes, hipopótamos, rinocerontes, jirafas, leones, okapi, y diferentes pájaros. Había un pensamiento común, y era que se creía que tan solo los animales de grandes dimensiones producían sonido infrasónico, aunque se ha demostrado que también los de pequeñas dimensiones producen este sonido y probablemente hay muchos que no lo sabemos todavía. Fauna Communications se especializa en el estudio de este tipo de sonido, el sonido infrasónico.




Ultrásonico:

El ultrasonido es el sonido que ocurre por encima de la capacidad auditiva del hombre, o por encima de 20,000Hz.

Animales que se comunican con sonido ultrasónico, incluyen a los DELFINES, murciélagos, muchos pájaros e insectos.
Las ondas ultrasónicas son ondas cortas que rebotan en árboles, rocas etc… Es por esto que los murciélagos y delfines usan este tipo de señales para la eco-colocación. Este es un campo muy interesante de la bioacústica, y en la cual Fauna Communications esta muy interesada

Las técnicas ultrasónicas también tienen su aplicación en el cálculo del porcentaje de grasa de un alimento. Esto se debe a que hueso, músculo y grasa poseen impedancias acústicas distintas, luego se puede medir el grosor del tejido graso y hacer una estimación del total de grasa contenido en el cuerpo.

Los ultrasonidos también tienen aplicaciones en el campo de la Química. Su principal función aquí es la de activar ciertos compuestos con el fin de acelerar las reacciones químicas en los procesos de fabricación de materiales organometálicos. En los últimos años, se ha creado una nueva rama de la Química: la Sonoquímica, con un futuro interesante.

La utilización de los ultrasonidos en la industria es variada. Podemos encontrar detectores de defectos en piezas metálicas, medición de espesor de las mismas, apertura automática de puertas, etc.
Quizá una de las aplicaciones más importantes en este sentido sea la soldadura de plásticos por ultrasonidos. Ventajas hay muchas: no es necesario un precalentamiento, es muy rápido, no genera contaminantes

Características Del Sonido

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda.

Intensidad
(Depende de la amplitud):
Distingue un sonido fuerte de uno débil.
Tono (Depende de la frecuencia):
Distingue a un sonido agudo (tono alto) de un sonido grave (tono bajo).
Timbre (Depende de la forma de onda):
Distingue dos sonidos de la misma intensidad y tono, pero producido por distintas fuentes.

INTENSIDAD: La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Por ejemplo, en un medio perfectamente homogéneo, un sonido será nueve veces más intenso a una distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión de las ondas sonoras, por lo que generalmente la ley del inverso del cuadrado no se puede aplicar a las medidas directas de la intensidad del sonido.








 
DURACIÓN: Es el tiempo durante el cual se mantiene un sonido. Podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc.
Los únicos instrumentos acústicos que pueden mantener los sonidos el tiempo que quieran, son los de cuerda con arco, como el violín, y los de viento (utilizando la respiración circular o continua); pero por lo general, los de viento dependen de la capacidad pulmonar, y los de cuerda según el cambio del arco producido por el ejecutante.


 


Fuentes Sonoras


Recordamos que ell sonido en su dimensión física es medible o cuantificable. Existen parámetros que pueden ser medidos en forma precisa como su intensidad y otros pueden ser estimados con mayor o menor precisión como la frecuencia o su forma de onda.

El sonido fundamentalmente es una onda de presión, y la presión puede medirse de la siguiente forma:

 P= F/a


Por lo tanto El sonido puede ser producido por distintos tipos de fuentes y procesos. Estos son:
  1. Cuerpos en vibración. Un ejemplo de este tipo de fuentes es un diapasón, el cual al ponerse en vibración genera un cierto tipo de onda sonora. Al estar la fuente vibrando, causa un desplazamiento en el aire cercano, lo que produce cambios locales en la presión de aire. Estas fluctuaciones de presión viajan en forma de una onda. Los cuerpos en vibración son las fuentes sonoras más comunes.
  2. Cambios en flujos de aire. Un ejemplo de este tipo de fuentes es lo que sucede cuando hablamos. Las cuerdas vocales se abren y cierran en forma alternada, produciendo cambios en la tasa del flujo de aire, lo que a su vez se traduce en una onda sonora. Este mismo principio se aplica a los instrumentos de viento como el clarinete u oboe. Otro ejemplo de este tipo de fuentes es una sirena, la cual produce sonido a través de una placa rotatoria bloquea en forma alternada el flujo proveniente de un compresor de aire.
  3. Fuentes de calor. Una chispa eléctrica produce un sonido, tal como lo produce un trueno. En estos casos, el sonido se produce por un brusco cambio en la temperatura, el cual produce una veloz expansión del aire circundante.
  4. Flujo supersónico. En el caso de un avión supersónico se producen ondas de choque que fuerzan al aire a viajar más rápido que la velocidad del sonido.
 

El sonido es un tipo de ondas mecánicas longitudinales producidas por variaciones de presión del medio. Estas variaciones de presión (captadas por el oído humano) producen en el cerebro la percepción del sonido.

Existen en la naturaleza sonidos generados por diferentes fuentes de sonido y sus características de frecuencia (altura), intensidad (fuerza), forma de la onda (timbre) y envolvente (modulación) los hacen diferentes e inconfundibles, por ejemplo, el suave correr del agua por un grifo tiene las mismas características en frecuencia, timbre y envolvente que el ensordecedor correr del agua en las cataratas del Iguazú, con sus aproximadamente 100 metros de altura de caída libre, pero la intensidad (siempre medida en decibelios a un metro de distancia de la zona de choque) es mucho mayor.
De los requisitos apuntados, el de la envolvente es el más significativo, puesto que es "la variación de la intensidad durante un tiempo, generalmente el inicial, considerado", el ejemplo de la diferencia de envolventes es la clara percepción que tenemos cuando algún instrumento de cuerda raspada (violín, violoncelo) son ejecutados "normalmente" (con el arco raspando las cuerdas" o cuando son pulsados (pizzicato); mientras que en el primer caso el sonido tiene aproximadamente la misma intensidad durante toda su ejecución, en el segundo caso el sonido parte con una intensidad máxima (la cuerda tensa soltada por el músico) atenuándose rápidamente con el transcurso del tiempo y de una manera exponencial, de manera que la oscilación siguiente a la anterior sigue una ley de variación descendente. Entre los instrumentos que exhiben una envolvente constante tenemos primordialmente el órgano de tubos (y sus copias electrónicas), el saxofón (también de aire, como el órgano) y aquellos instrumentos que, no siendo de envolvente fija, pueden fácilmente controlar esta función, como la flauta (dulce y armónica), la tuba, el clarinete y las trompetas, pífano y pitos, bocinas de medios de transportes (instrumentos de advertencia); entre los instrumentos de declinación exponencial tenemos todos los de percusión que forman las "baterías": bombos, platillos, redoblantes, tumbadoras (en este ramo debemos destacar los platillos, con un tiempo largo de declinación que puede ser cortado violentamente por el músico) mediante un pedal.


Compresión




La compresión física es un resultado de la aplicación de una fuerza de compresión a un material, resultando en una reducción en su volumen.
La compresión ocurre cuando la fuerza axial aplicada esté tuteando con el sentido dirigido para el interior de la pieza. Por ejemplo, una pequeña chapa de acero engastada en una morsa, siendo gradualmente comprimida por los dos engastes, estará recibiendo fuerzas con direcciones opuestas, sin embargo, apuntando para su interior. Con eso, la pieza sufre deformações. En un primer momento, sufre una deformación elástica, sin embargo, cuando alcanza su tensión de escoamento, la pieza pasará a entrar en su deformación plástica, o sea: el material estará siendo deformado permanentemente, al contrario del régimen elástico, donde la organización molecular vuelta al estado donde se encontraba en el inicio. La compresión puede ser denominada como tal cuando la pieza esté siendo "empujada", al contrario de la tracción, donde ella está siendo "estirada".

La compresión tiene muchas implicaciones en la ciencia material, la física y la ingeniería estructural, porque las cantidades sensibles de las producciones de la compresión de tensionan y la tensión .
Induciendo la compresión, las características mecánicas tales como fuerza compresiva o el módulo de la elasticidad, pueden ser medidos. Los científicos pueden utilizar las máquinas de la prensa para inducir la compresión.

Nota: Si una par de fuerzas actuan en el mismo sentido sobre el eje de un cuerpo lo comprimen y actuán en la misma dirección y en sentidos contrarios le producen una tensión.

En todos los estados la materia se puede comprimir.

El punto es la cantidad de presión o fuerza por unidad de superficie que se requiera para lograrlo, y que tal presión se detenga un instante antes del punto de ruptura, es decir cuando la presión es tal que la materia se rompe o cambia de estado.

El estado de la materia mas fácil de comprimir es el gaseoso
.

Ondas Sonoras

Para conocer la definición de Ondas Sonoras, debemos conocer el signficado de SONIDO, como se explicó en el tema pasado, que es la  "Vibración mecánica transmitida por un medio elástico".

El sonido se crea cuando una perturbación producida en un punto determinado del medio material provoca un cambio en la presión o un desplazamiento de las partículas de un medio elástico, y dicha perturbación puede ser detectada por el oído humano o por determinados instrumentos.
Para que dicha perturbación pueda ser detectada por el oído humano, la composición espectral de dicha onda debe caer dentro de la gama del espectro que puede ser procesada por el oído humano. Se considera que el rango de frecuencias que detecta el oído está compuesto entre 20 y 20000 Hz, dependiendo ese rango de cada persona.
Se puede considerar que una onda sonora es una fluctuación de presión que se propaga a través de cualquier medio que es suficientemente elástico para permitir que sus moléculas se acerquen y se separen unas de otras. Un ejemplo intuitivo de cómo se transmite una onda sonora lo tenemos en las ondas que se generan cuando tiramos una piedra en un estanque de aguas tranquilas: las partículas del medio no se desplazan en la dirección del movimiento, las fluctuaciones de presión, en cambio, sí lo hacen.
Las ondas acústicas son ondas longitudinales ya que el desplazamiento de las partículas respecto de su posición de equilibrio se produce en el mismo sentido de propagación de la perturbación. UN ejemplo que puede ilustrar la naturaleza longitudinal de las ondas acústicas es el de un recipiente con un émbolo. Si en la base del recipiente existe una abertura, cuando empujamos el émbolo hacia adentro, en el interior del recipiente se producirá un aumento de presión que se transmitirá a través de la abertura a la parte exterior contigua, provocando un desplazamiento de las moléculas. Si ahora el émbolo se retira hacia arriba se produce una disminución de la presión que crea una especie de vacío que hace que las moléculas sufran un desplazamiento en sentido contrario, ya su vez esta presión negativa se transmita al exterior a través de la abertura. Tanto las variaciones de presión como el desplazamiento de las moléculas se producirán en el mismo sentido que el movimiento del émbolo, dando lugar a una onda longitudinal.
Las magnitudes que describen la onda sonora son:
• La presión instantánea p
• La densidad instantánea a13.gif
• El desplazamiento de las partículas respecto de su posición de equilibrio D
Definimos la Presión acústica como: a14.gif
Definiremos también la densidad dinámica como: a15.gif
El estudio de las ondas sonoras se realizará a través del estudio de las ondas armónicas (Th. Fourier). Una onda de desplazamientos armónica se podrá expresar como a16.gif donde a17.gifes la amplitud de movimiento; k el número de onda; v la velocidad de desplazamiento de la onda y x la dirección de propagación.
acustica041.gif

lunes, 13 de septiembre de 2010

Sonido

Introducción Sonido:


Lo que llamamos SONIDO, es una "perturbación" que se propaga en los medios materiales (gases, líquidos y sólidos) y que nuestro sentido del oído puede percibir. Por tanto, no se propaga en el vacío. El "vacío" es el reino del "silencio". Sin embargo, se puede utilizar como vehículo a través del mismo a las ondas electromagnéticas (de muy distinta naturaleza) y, así conseguir su difusión.

Aquí en este Blog trataremos temas tales como las ondas sonoras, compresión, fuentes sonoras, características del sonido, resonancia, infrasónico y ultrasónico. Trataremos de contestar a esas preguntas, en unos casos de manera cualitativa y en otros con modelos visuales y matemáticos.